用于通信信道的信号完整性诊断的方法和设备

摘要

本文公开了用于诊断通信信道的信号完整性的系统、方法和设备，以及相关的系统、方法和设备。一种方法包括：从通信信道的传输线接收输入信号；以及对输入信号执行自动增益功能以生成具有预定电压振幅的已调输出信号。该方法还包括将扰动信号添加至已调输出信号以生成求和输出。该方法还包括将求和输出数字化以及分析数字化求和输出以确定误差级别。

权利要求

1.一种通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括：自动增益电路，所述自动增益电路被配置为通过自动调整输入信号和已调输出信号之间的增益来调节来自传输线的所述输入信号，以在所述已调输出信号上生成预定电压振幅；

扰动发生器，所述扰动发生器被配置为生成振幅与所述预定电压振幅成比例的扰动信号；

求和电路，所述求和电路被配置为将所述扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；

时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出至少生成数据信号；和数据处理器，所述数据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完整性。

2.根据权利要求1所述的接收器侧，所述接收器侧进一步包括决策电路，所述决策电路被配置为通过以下方式进一步分析所述数据信号：确定所述数据信号中的误差级别；

将所述误差级别与最大允许误差级别进行比较；以及在结果信号上报告所述比较的结果。

3.根据权利要求1所述的接收器侧，其中所述自动增益电路被进一步配置为用电压控制增益调整所述输入信号上的增益，以将所述已调输出信号设定为基本上接近选择的最大电压电平。

4.根据权利要求1所述的接收器侧，其中所述传输线被配置为载送电信号。

5.根据权利要求1所述的接收器侧，其中所述传输线被配置为载送光信号，并且进一步包括在所述传输线和所述自动增益电路之间的光‑电转换器。

6.根据权利要求1所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于所述时钟和数据恢复电路的抖动传递频率。

7.根据权利要求6所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为以所述抖动传递频率的转角频率生成所述振荡信号的所述频率。

8.根据权利要求6所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成振幅基本上接近所述预定电压振幅的50％的所述扰动信号。

9.一种通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括：接收器，所述接收器被配置为估计输入信号的振幅并且生成振幅指示信号；

扰动发生器，所述扰动发生器被配置为生成扰动信号，所述扰动信号具有与所述输入信号的振幅成比例的振幅并且响应于所述振幅指示信号；

求和电路，所述求和电路被配置为将所述扰动信号添加至所述输入信号以生成求和输出；

时钟和数据恢复电路，所述时钟和数据恢复电路被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出至少生成数据信号；和数据处理器，所述数据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完整性。

10.根据权利要求9所述的接收器侧，其中所述数据处理器被进一步配置为响应于所述振幅指示信号来确定与所述输入信号的所述振幅成比例的所述振幅。

11.根据权利要求9所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为响应于所述振幅指示信号来确定与所述输入信号的振幅成比例的振幅。

12.根据权利要求9所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于所述时钟和数据恢复电路的抖动传递频率。

13.根据权利要求12所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为以所述抖动传递频率的转角频率生成所述振荡信号的所述频率。

14.一种诊断通信信道的信号完整性的方法，所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；

对所述输入信号执行自动增益功能以生成具有预定电压振幅的已调输出信号；

将扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；

从所述求和输出恢复时钟信号和数据信号；

将所述求和输出数字化；以及

分析经数字化的求和输出以确定误差级别。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法进一步包括：将所述误差级别与最大允许误差级别进行比较；以及在结果信号上报告所述比较的结果。

16.根据权利要求14所述的方法，所述方法进一步包括用电压控制增益调整所述自动增益功能的所述增益，以将所述已调输出信号设定为基本上接近选择的最大电压电平。

17.根据权利要求14所述的方法，其中：分析经数字化的求和输出包括分析所述数据信号；并且所述方法进一步包括生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于来自恢复所述时钟信号和所述数据信号的过程的抖动传递频率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述振荡信号的所述频率包括所述抖动传递频率的转角频率。

19.根据权利要求17所述的方法，其中生成所述扰动信号会生成基本上接近所述预定电压振幅的一半的所述扰动信号的振幅。

20.一种诊断通信信道的信号完整性的方法，所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；

对所述输入信号执行自动增益功能以生成具有预定电压振幅的已调输出信号；

执行过程的两个或更多个回路，每个回路包括：将扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；

将所述求和输出数字化；

分析经数字化的求和输出以确定所述通信信道中用于当前回路的可用裕度；以及调整所述扰动信号的振幅；以及响应于来自所述两个或更多个回路中的至少两个回路的所述可用裕度而生成指示最终可用裕度的结果信号。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：将所述求和输出数字化进一步包括从所述求和输出恢复时钟信号和数据信号；并且分析经数字化的求和输出包括分析所述数据信号；并且所述方法进一步包括生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于来自恢复所述时钟信号和所述数据信号的所述过程的抖动传递频率。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述振荡信号的所述频率包括所述抖动传递频率的转角频率。

23.根据权利要求21所述的方法，其中生成所述扰动信号会生成基本上接近所述预定电压振幅的一半的所述扰动信号的振幅。

说明书

用于通信信道的信号完整性诊断的方法和设备

[0001] 优先权声明

[0002] 本申请要求于2018年1月18日提交的名称为“用于通信信道的信号完整性诊断(SIGNAL INTEGRITY DIAGNOSTICS FOR COMMUNICATION CHANNELS)”的美国临时专利申请
序列号62/618,990的提交日期的权益，并且要求于2018年6月4日提交的名称为“用于通信
信道的信号完整性诊断(SIGNAL INTEGRITY DIAGNOSTICS  FOR COMMUNICATION 
CHANNELS)”的美国专利申请序列号15/997,563的提交日期的权益，这些专利申请各自的内
容和公开内容据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

[0003] 本公开的实施方案整体涉及串行通信信道，更具体地讲，涉及通信信道中的信号完整性。

背景技术

[0004] 在许多嵌入式控制系统和其他计算系统中，外围设备和主机之间或者外围设备之间的数据的移动可以是可存在于此类系统中的各种总线上的大量数据流量。此外，该数据
流量中的一些可载送用于实时临界系统的信息和命令。因此，信号完整性成为准确通信中
的重要因素。

[0005] 在一些系统中，为了确定信号完整性，重要的是，当通过电力传输线或通过光信道将数据从一个点传递至另一个点时，在通信系统中已知裕度。作为一个示例，在汽车高速数
字通信中，汽车公司想要知道在其每个通信链路中是否仍然存在足够的信号完整性裕度。
通信链路中的每个元件可在老化、机械应力、温度应力以及它们的组合下劣化。链路中的元
件可包括：电缆驱动器电路、传输侧的共模扼流圈、传输侧的连接器、电缆、内嵌连接器、接
收侧的连接器、接收端的共模扼流圈、均衡器、用于数据恢复的锁相环(PLL)和印刷电路板
(PCB)迹线。

[0006] 本公开的发明人预见到需要一种简单、快速且廉价的方法来在运行时期间位误差率上升至不可容忍的级别之前诊断信号完整性裕度。

发明内容

[0007] 本公开的实施方案包括通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括自动增益模块、扰动发生器、求和模块、时钟和数据恢复模块以及数据处理器。所述自动增益模块被配置为
通过自动调整输入信号和已调输出信号之间的增益来调节来自传输线的所述输入信号，以
在所述已调输出信号上生成预定电压振幅。所述扰动发生器被配置为生成振幅与所述预定
电压振幅成比例的扰动信号。所述求和模块被配置为将所述扰动信号添加至所述已调输出
信号以生成求和输出。所述时钟和数据恢复模块被配置为对所述求和输出进行采样并从所
采样的求和输出至少生成数据信号。所述数据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完
整性。

[0008] 本公开的附加实施方案包括通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括接收器、扰动发生器、求和模块、时钟和数据恢复模块以及数据处理器。所述接收器被配置为估计输入
信号的振幅并且生成振幅指示信号。所述扰动发生器被配置为生成扰动信号，所述扰动信
号具有与所述输入信号的振幅成比例的振幅并且响应于所述振幅指示信号。所述求和模块
被配置为将所述扰动信号添加至所述输入信号以生成求和输出。所述时钟和数据恢复模块
被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出至少生成数据信号，并且所述数
据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完整性。

[0009] 本公开的一些其他实施方案包括诊断通信信道的信号完整性的方法。所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；以及对所述输入信号执行自动增益功能以生
成具有预定电压振幅的已调输出信号。所述方法还包括将扰动信号添加至所述已调输出信
号以生成求和输出。所述方法还包括将所述求和输出数字化以及分析经数字化的求和输出
以确定误差级别。

[0010] 本公开的其他实施方案包括诊断通信信道的信号完整性的方法。所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；以及对所述输入信号执行自动增益功能以生成具
有预定电压振幅的已调输出信号。所述方法还包括执行过程的两个或更多个回路，每个回
路包括：将扰动信号加至所述已调输出信号以生成求和输出；将所述求和输出数字化；分析
经数字化的求和输出以确定所述通信信道中用于当前回路的可用裕度；以及调整所述扰动
信号的振幅。所述方法还包括响应于来自所述两个或更多个回路中的至少两个回路的所述
可用裕度而生成指示最终可用裕度的结果信号。

[0011] 本公开的另外的实施方案包括一种通信系统，所述通信系统包括：发射侧，所述发射侧包括数据源；传输线，所述传输线被配置用于输送来自所述数据源的信号；和接收侧，
所述接收侧被配置用于接收来自所述传输线的所述信号作为输入信号。所述接收侧包括自
动增益模块，所述自动增益模块被配置为通过自动调整来自所述传输线的所述输入信号和
已调输出信号之间的增益来调节所述输入信号，以在所述已调输出信号上生成预定电压振
幅。所述接收侧还包括：扰动发生器，所述扰动发生器被配置为生成振幅与所述预定电压振
幅成比例的扰动信号；和求和模块，所述求和模块被配置为将所述扰动信号添加至所述已
调输出信号以生成求和输出。所述接收侧还包括时钟和数据恢复模块，所述时钟和数据恢
复模块被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出至少生成数据信号，并且
数据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完整性。

附图说明

[0012] 图1是具有代表现有技术的常规信号完整性检查器的通信信道的框图。

[0013] 图2示出了可从代表现有技术的图1信号完整性检查器获得的眼图。

[0014] 图3是根据本公开的实施方案的具有信号完整性诊断的通信信道的框图。

[0015] 图4是根据本公开的实施方案的具有信号完整性诊断的通信信道的框图，该实施方案包括光通信链路。

[0016] 图5示出了在添加扰动信号之前以及在添加扰动信号之后接收器侧处的眼图。

[0017] 图6是示出可用于本公开的实施方案中的求和电路的一个示例的电路图。

[0018] 图7是示出对通信信道执行运行时信号完整性诊断的过程的流程图。

[0019] 图8是示出确定给定通信信道的运行时可用信号完整性裕度的过程的流程图。

[0020] 图9是示出包括本公开的实施方案的通信系统的框图。

具体实施方式

[0021] 在以下详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实践本公开的具体示例性实施方案。充分详细地描述了这些实施方案，以使本领域
的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用其他实施方案，并且可在不脱离本公开的范
围的情况下进行结构、材料和过程的变化。

[0022] 本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方案的理想化表示。本文所呈现的附图未必按比例绘制。为了
读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并
不意味着该结构或部件在尺寸、组成、配置或任何其他属性方面必须是相同的。

[0023] 应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的实施方案的部件可被布置和设计成多种不同的配置。因此，对各种实施方案的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而
是仅代表各种实施方案。虽然实施方案的各个方面可在附图中呈现，但是附图未必按比例
绘制，除非特别指明。

[0024] 此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节
模糊本公开。相反，所示出和描述的特定实施方式仅为示例性的，并且不应理解为实施本公
开的唯一方式，除非本文另外指明。另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定实施方式
的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方
案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本
公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。

[0025] 本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。例如，可在整个本说明书中参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和
芯片可由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者它们的任何组合来表示。为了清
晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，
信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在
内的任意数量的数据信号上实现。

[0026] 结合本文所公开的实施方案描述的各种例示性逻辑块、模块和电路可使用通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)
或者被设计成执行本文所述的功能的其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑、分立
硬件部件或它们的任何组合来实现或执行。通用处理器(在本文中可也称为主机处理器或
简称主机)可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器
或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、
与DSP核结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与
本公开的实施方案相关的计算指令(例如，软件代码)时，包括处理器的通用计算机被认为
是专用计算机。

[0027] 可使用利用高速晶体管(以非限制性示例的方式，诸如双极、CMOS或BiCMOS设备)的有源模拟电路来实现各种示例性方案。

[0028] 而且，应当指出的是，可根据被描绘为流程图、流程图示、结构图或框图的过程来描述实施方案。虽然流程图可将操作动作描述为顺序过程，但是这些动作中的许多动作可
在另一序列中、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。过程可以对应
于方法、线程、函数、程序、子例程、子程序等。此外，本文所公开的方法可以在硬件、软件或
两者中实现。如果在软件中实现，这些函数可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计
算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括
有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。

[0029] 应当理解，本文中使用名称诸如“第一”、“第二”等对元件的任何提及不限制这些元件的数量或顺序，除非明确说明这种限制。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多
个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味
着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另
外指明，一组元件可包括一个或多个元件。

[0030] 本文所述的元件可包括相同元件的多个实例。这些元件可由数字指示符(例如110)一般地指示，并且由后接字母指示符的数字指示符(例如，110A)或后接“短划线”在前
的数字指示符(例如，110‑1)具体地指示。为了便于遵循该描述，在大多数情况下，元件编号
指示符以引入或最充分讨论元件的附图的编号开始。因此，例如，图1上的元件标识符将主
要为数字格式1xx，并且图4上的元件将主要为数字格式4xx。

[0031] 如本文所用，涉及给定参数、属性或条件的术语“基本上”是指并且包括在本领域的普通技术人员将会理解的给定参数、属性或条件满足小程度的方差的程度，诸如例如在
可接受的制造公差内。以举例的方式，取决于基本上满足的具体参数、属性或条件，参数、属
性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。

[0032] 如本文所用，“串行通信信道”意指作为串行组位来传输信息的通信链路。该链路的协议包括作为信息有效载荷的一组位，其可具有各种大小并且可包括其他位，诸如例如，
起始位、停止位、奇偶校验位和地址位。该链路的物理层可为电气有线连接，使用诸如例如，
2
RS‑232、IC和SMBus的协议。链路的物理层还可包括光学链路，诸如例如光纤。

[0033] 在整个本说明书中提及“一个实施方案”、“实施方案”或类似的语言意味着结合所指示的实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，
整个本说明书中的短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”和类似的语言可以但不必全
部是指同一实施方案。

[0034] 本文所述的实施方案提供了一种信号完整性诊断系统，该信号完整性诊断系统可实时操作以提供对通信信道的大部分的分析。在请求通信信道的接收侧时，可针对在运行
时期间系统中仍有多少抖动裕度和竖直眼裕度可用来分析信道。通信信道中的大多数(如
果不是全部)部件，包括无源部件、连接器、电缆、电干扰、电路(如电缆驱动器)、均衡器以及
PLL以及它们的功能，作为分析的一部分进行测试。

[0035] 图1是具有本公开的发明人已知的常规信号完整性检查器的通信信道160的框图。图2示出了可从图1的信号完整性检查器获得的示例性眼图。

[0036] 在图1中，通信信道160包括生成信号的数据源110，该数据源由电缆驱动器112调节并且沿着传输线114被发送，该传输线诸如例如同轴电缆、非屏蔽双绞线(UTP)电缆、屏蔽
双绞线(STP)电缆等。接收器120接收信号并且将其发送至时钟和数据恢复(CDR)模块125，
该模块将所得的时钟和数据发送至数据处理器和/或记录器141。

[0037] 对于信号完整性，检查额外的数字化仪130用于将来自接收器120的信号数字化。误差级别检测器132和眼发生器134操作以产生可用于指示信号完整性的眼图。眼发生器
134可包括用于存储所得眼图的随机存取存储器(RAM)。

[0038] 该常规系统不仅在眼的中间，而且在不同相位和振幅电平下对接收侧处的眼进行采样，记录例如不同采样点处的位误差率。在接收器120内部构建的眼具有对应的存储器标
测图，该存储器标测图可例如通过串行协议如I2C(内置集成电路)读出并如图2中所示显
示。

[0039] 因此，在这些常规系统中，复合系统测量通信信道160中在CDR模块125之前的误差。该检查过程可能是缓慢的，仅对某些类型的CDR模块125起作用，需要相当大的附加芯片
面积(与没有CDR模块的系统相比)，并且最重要的是，它不包括CDR本身的性能。在那些情况
下，通常会对后续CDR的抖动容限做出有根据的猜测，该容限可为单位间隔的20％和80％之
间的任意值。常规系统的吸引力在于它们产生类似于在实验室环境中获得的眼图测量的结
果，因此容易理解。但是，本公开的发明人现在理解，由于后续CDR的未知且可变的抖动容
限，因此这些系统并未给出裕度的全貌。另外，常规系统可占用大量的硅片空间(silicon 
real estate)、运行分析的功率，并且可能相当缓慢。

[0040] 图3是根据本公开的实施方案的具有信号完整性诊断的通信信道360的框图。通信信道360可包括电缆驱动器312、传输线314和接收器321。载送信号的传输线314可以是电气
的(例如，同轴电缆、UTP电缆、STP电缆或其他合适的电导管)或光学的(例如，光纤系统)。

[0041] 图3的整个通信信道360包括数据源310、电缆驱动器312、传输线314、接收器321、求和模块323、CDR模块325和数据处理器341。信号调节模块330包括接收器321、求和模块
323和扰动发生器327(在本文中也称为信号发生器327)。

[0042] 数据源310在其输出311处传输数据，该数据可最终在数据处理器341处被接收。数据源310可以是数字系统如处理单元、其他数字电路的输出，或者直接来自传感器，诸如例
如相机传感器。

[0043] 电缆驱动器312准备输出313以通过传输线314传输其电压信号。输出313可以是任何合适的数据格式。作为非限制性示例，格式可以是非归零(NRZ)数据或多级数据。数据可
被编码(例如，8b/10编码、128b/130b编码或128位/130位，PAM5编码)。

[0044] 传输线314将信号载送至接收器321的输入320，该接收器可包括自动增益模块。传输线314可以是任何类型，包括电力传输线(例如，同轴电缆、屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线和
印刷电路板上的迹线，诸如例如单端传输线和差动传输线)。

[0045] 图4是根据包括光通信链路的本公开的实施方案的具有信号完整性诊断的通信信道360的框图。在该实施方案中，可使用光传输线。在传输侧，电‑光转换器415产生输出光信
号416，该输出光信号通过光纤417传输。在接收侧处，光‑电转换器419将光信号418转换回
电信号，然后该电信号成为至具有自动增益的接收器321的输入信号320。对于光学数据，可
使用相同的编码和级别，如2级或多级。图4的所有其他部分与图3的相同，因此不需要详细
描述。

[0046] 返回图3，在接收端处，接收器321可包括自动增益电路和/或自动自适应均衡器，该自动增益电路和/或自动自适应均衡器被配置为使信号的电压振幅达到已知值，从而在
已调输出信号322中提供相对张开的眼。例如但不限于，本文所讨论的实施方案针对已调输
出信号322使用600mV的预定电压振幅。

[0047] 已调输出信号322是至求和模块323的一个输入，该求和模块生成求和输出324。求和输出324馈给CDR模块325，该CDR模块对求和输出324进行采样。CDR模块325可以是任何类
型的数字化仪(其可被进一步表征为“时钟和数据恢复模块”)，该数字化仪被配置为恢复时
钟(例如，使用锁相环或延迟锁定环)并对求和输出324中编码的数据进行采样以生成恢复
的信号340，该恢复的信号可包括时钟信号和数据信号。

[0048] 可被配置为或包括数据记录器的数据处理器341包括一种或多种错误检查(例如，通过奇偶校验位、循环冗余检查(CRC)误差和前向纠错系统)。数据处理器341可被配置为微
处理器、微控制器和/或专用电路。

[0049] 扰动发生器327被配置为生成扰动信号326，该扰动信号是至求和模块323的第二输入。因此，求和模块323将已调输出信号322与扰动信号326组合，并且响应于组合信号而
生成求和输出324。

[0050] 通过在紧接接收器321之后并且在CDR模块325的采样器之前的位置处，以受控方式向已调输出信号322添加扰动(即，噪声)，将受控级别的抖动和受控量的竖直眼图闭合度
添加至系统。可通过监测误差(例如，CRC误差和/或位误差)的增加来在数字电平下检查附
加抖动和竖直眼图闭合度的效应。眼图闭合度的级别可通过增加具有已知振幅的数字信号
来调整。因此，可针对所需裕度的优选级别来测试通信信道360。一种选择是在信号中的非
数据时间(诸如例如视频信号的消隐行)期间进行该测试，或者仅在可能的位误差不会导致
不期望的结果(例如，汽车事故)的时刻进行该测试。

[0051] 在电通信和光学通信两者的情况下，一些实施方案生成离开接收器321的已调输出信号322，该已调输出信号具有已被调控的振幅。存在调控已调输出信号322的输出振幅
的若干方式。一种此类方法是使用限制放大器作为自动增益模块。限制放大器很好地用于2
级信令系统，使得放大得以增加和限幅，使得输出具有固定振幅。调控输出振幅的另一种方
式可以是在接收器321内部施加电压控制增益，并且将增益增加至最高达选择的最大电压
输出电平。可使用更复杂的增益电路，该增益电路还应用可存在于通信信道360中的更高频
率损耗的均衡。在此类情况下，可利用若干自动调控，其中一种自动调控包含用于较低频率
的增益，而另一种自动调控包含用于较高频率的增益，两者都自动增益至具有已知(即，预
定)电压振幅的已调输出信号322。

[0052] 求和模块323将已调输出信号322与扰动信号326组合，该扰动信号可被设定为已知振幅。因此，求和模块323在已调输出信号322上产生信号完整性的劣化。这种产生的劣化
模拟通信信道360的所有已经存在的最高非理想因素的劣化。

[0053] 扰动发生器327被配置为生成扰动信号326，该扰动信号具有可响应于控制信号328而设定的输出振幅。控制信号328可被配置为限定不同级别的扰动以产生不同级别的附
加劣化。一般来讲，这些不同的级别与已调输出信号322的预定电压振幅成比例。扰动信号
326可被认为是噪声的相加，然而通过使其成为简单的2级数字信号，其变为有界的(即，具
有有限且已知的效应级别)。信号可以是数据模式、伪随机二进制序列(PRBS)模式，或者在
简单方便的实施方案中，可以是时钟信号。扰动信号326的数据速率应优选地高于随后的数
字化仪/CDR模块325的抖动传递的“3dB”或“转角”频率。作为非限制性示例，以12.5千兆位/
秒运行的数字化仪/CDR模块325通常具有约7MHZ的抖动传递的转角频率。因此，在这种情况
下，使用时钟振荡器作为模式生成器，时钟可在20MHz或更高至最高达若干GHz的频率下操
作。

[0054] 数据处理器341可被配置为检测其在已恢复信号340上的传入数据流的误差级别。该误差可以是纯位误差率(BER)级别，或信息性的任何其他指示。数据处理器341可使用多
种技术(例如，跟踪和使用奇偶校验误差、CRC误差、其从前向纠错系统检索的误差数据等)
进行误差级别估计。误差级别可输出为误差级别信号342。数据处理器341还可生成诊断使
能信号350，该诊断使能信号指示何时可发生诊断过程。

[0055] 利用本公开的实施方案，在信号完整性诊断中包括从数据源310直至电缆驱动器312、传输线314、接收器321、求和模块323和CDR模块325并且在数据处理器341处结束的整
个通信信道360。这与图1的常规通信信道160形成对比，在该常规通信信道中，诊断不包括
CDR模块325或数据处理器341。

[0056] 决策模块344可以是数字电路中的状态机、微控制器上的程序或数据处理器341内的程序模块，其可通过控制信号328指示扰动发生器327，以在扰动信号326上生成振幅电
平、数据模式和/或数据速率，该扰动信号将在求和模块323中被添加至已调输出信号322。
可将误差级别信号342与预定值进行比较，以在结果信号343上生成通过/失败指示，如下文
参考图7所讨论的。

[0057] 决策模块344还可通过其控制信号328指示扰动发生器327在将被添加至已调输出信号322的扰动信号326上连续生成若干振幅电平。决策模块344可根据其学习，确定在达到
不可容许的级别或误差之前在整个系统中仍然可用的可用裕度的级别，如下文参考图8所
讨论的。该可用裕度可作为结果信号343的一部分输出。

[0058] 图5示出了在添加扰动信号326之前以及在添加扰动信号326之后接收器侧处的眼图。左侧示出了在由接收器321中的自动增益模块均衡之后12.5Gbps的已调输出信号322的
仿真眼图510。如图5中所示，已将差动振幅调控至600mV。竖直眼开口为约300mV，并且抖动
为约20皮秒。

[0059] 右侧示出了在将300mV扰动信号326(作为频率为400MHZ的时钟信号)添加至已调输出信号322之后求和输出324的眼图520。因此，扰动信号326被设定为振幅相对于已调输
出信号322的振幅成50％比例。由此，抖动已经以受控方式增加至50ps，并且眼开口已经减
小至约150mV。值得注意的是，左眼图和右眼图具有略微不同的Y标度。

[0060] 一些实施方案可被配置为在接收器321内没有自动增益模块。在此类实施方案中，可包括振幅检测模块以估计至接收器321的输入信号320的振幅。振幅指示信号329可从接
收器321发送至扰动发生器327和/或决策模块344。振幅指示信号329指示在没有任何自动
增益功能的情况下，至接收器321的输入信号320的振幅。根据振幅指示信号329，决策模块
344和/或扰动发生器327可确定扰动信号326的适当电压电平，该电压电平与已调输出信号
322成比例，该已调输出信号在这种情况下可不包括振幅的任何变化。

[0061] 图6示出了示出可用于本公开的实施方案中的求和电路623的一个非限制性示例的电路图。在图6中还包括扰动发生器627的一个非限制性示例。求和可使用许多合适的电
路(诸如运算放大器和差动放大器)以许多合适的方式执行。包括图6的实施方案作为适用
于高速应用的电路的一个非限制性示例。

[0062] 在图6中，使用电流模式逻辑(CML)原理通过差动信令处理和输送进出求和模块323的信号。因此，接收器321(图3)例如在向晶体管M1和M2提供输出信号621的CML级中结
束。晶体管M1和M2分别耦接至电流源I1以及电阻器R1和R2。晶体管M1和M2的输出是差动电
流信号622，其进入由电阻器R1和R2构成的加法器623。从右侧，扰动信号626被提供为来自
信号发生器627的差动电流。通过电阻器R1和R2上的欧姆定律将扰动信号626添加至差动电
流信号622。那些电阻器上的差动电压用作输出信号624，其被发送至数字化仪/CDR模块325
(图3)。

[0063] 差动电流信号626在发生器627中生成，并且可通过可变电流源I2设定振幅，该可变电流源由来自决策模块344(图3)的控制信号328驱动。可变电流源I2的输出被调谐成通
过晶体管M3和M4的差动电流。在该实施方案中，扰动信号626由振荡器640生成为时钟信号。

[0064] 图7是示出根据本公开的实施方案的对通信信道360执行信号完整性诊断的过程的流程图。参见图7和图3，在过程框702处，从传输线314接收信号。在过程框704处，信号可
经历自动增益过程以将振幅设定为预定电压电平。在过程框706处，以与自动增益信号的振
幅成比例的已知振幅生成干扰信号326(在本文中也称为“扰动信号326”)。在过程框708处，
所得求和由CDR模块325数字化。在过程框710处，如上文所讨论的，由数据处理器341分析数
字化求和信号，以确定误差级别。在过程框712处，将误差级别与最大允许误差级别进行比
较。在过程框714处，将比较的结果输出为关于结果信号343的通过/失败指示。

[0065] 图8是示出限定对于给定通信信道360足够的信号完整性的过程的流程图。参见图8和图3，在过程框802处，决策模块344通过控制信号328指示扰动发生器327在将被添加至
已调输出信号322的扰动信号326上连续生成若干振幅电平。在过程框804处，决策模块344
可根据其学习，确定在整个系统中仍然可用的可用裕度的级别。在过程框806处，通过的最
高振幅和/或可用裕度可作为结果信号343的一部分输出。

[0066] 在一个实施方案中，将扰动信号326添加至已调输出信号322时的时序管理至某些时间段，在这些时间段中，信号中的误差将不被视为数据处理器341中的数据的接收或处理
中的问题。例如，当传输视频数据时，可在消隐时期期间执行信号完整性诊断，在该消隐时
期中，误差效应对于整个系统的操作并不关键(即，重要)。诊断操作可响应于例如来自数据
处理器341的诊断使能信号350而同步至消隐周期。由于数据处理器341从其接收数据中提
取信息，因此它知道所接收的数据在每个时刻有多重要，并且可确定用于信号完整性诊断
的适当时序。

[0067] 在一个实施方案中，数据源310配置有关于所传输的数据的相对重要性的信息，并且将关于所传输的数据的重要性的信息传送至数据处理器341。因此，数据源可传达将适于
执行信号完整性诊断的时间段的指示，或者传输将不利于执行信号完整性诊断的时间段的
指示。取决于编码的类型，可针对给定编码以合适的方式组织该通信。例如，当使用8b/10b
编码时，k码可专用于不重要数据的开始，并且另一个k码可专用于系统的关键数据的开始。
在一些情况下，可将第二k码重复若干次，以确保由于抖动插入而导致的实际位误差不会错
过关键数据的开始。响应于来自数据源的指示，接收侧可确定用于施加扰动信号的适当时
段。作为非限制性示例，数据处理器可对来自数据源的指示进行解码并生成诊断使能信号
350，以告知决策模块344何时开始/停止抖动添加。

[0068] 图9是示出包括本公开的实施方案的示例性通信系统910的框图。一个或多个传输侧(920A,920B)包括一个或多个传感器925或其他合适的信息源。数据源310可耦接至传感
器，并且数据源310被配置为驱动传输线(914A,914B，例如，如图3中所示的314和/或如图5
中所示的415、417、419)以将数据从一个或多个传感器925输送至接收侧930。接收侧930可
包括信号调节模块330、CDR模块325和数据处理器341，如图3和图4中所示。

[0069] 通信系统910内的通信信道360的许多应用可结合信号完整性技术，包括但不限于用于诊断和本文所述的系统。作为非限制性示例，一些通信系统910可被配置为包括通信信
道360，该通信信道用于使用传感器信息的应用，该传感器信息诸如图像捕获、图像处理(例
如，帧抓取器)和图像数据传递。其他传感器信息可包括来自诸如例如以下的传感器的数
据：接近度传感器、环境传感器以及用于对象和事件检测的其他合适的传感器。根据本公开
的实施方案的这些通信信道360可包括在许多一般系统和嵌入式系统中，诸如例如工厂自
动化系统、汽车视觉系统和机器视觉系统、安全视频系统、面部图像捕获和识别系统、结合
图像捕获的对象扫描系统、工业检测系统、高分辨率视频捕获等等。

[0070] 此外，可以各种配置来实现包括本公开的实施方案的通信系统910。作为非限制性示例，根据本公开的实施方案，传输线可以是双向的，并且传输侧(920A,920B)和接收侧930
可以是类似的，因此每一侧可传输数据以及接收和处理数据。作为另一个非限制性示例，多
个传输侧(920A,920B)可共享单个传输线914。作为其他非限制性示例，系统可被配置为具
有诸如例如以下的不同拓扑结构中的多个节点：对等网络、环状拓扑结构、网状拓扑结构和
客户端/服务器类型网络。

[0071] 本说明书中描述的许多功能单元可被标记为编程代码的模块、线程或其他分类，以便更具体地强调它们的实施独立性。模块可至少部分地以一种或另一种形式在硬件中实
现。例如，模块可实现为硬件电路，该硬件电路包括定制的VLSI电路或门阵列、现有半导体
诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件。模块也可在可编程硬件设备诸如现场可编程门阵
列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等中实现。

[0072] 模块也可使用存储在物理存储设备(例如，计算机可读存储介质)上、存储器中或其组合以由各种类型的处理器执行的软件来实现。

[0073] 可执行代码的所识别模块可例如包括计算机指令的一个或多个物理块或逻辑块，这些物理块或逻辑块可例如被组织为线程、对象、过程或功能。然而，所识别模块的可执行
文件不需要物理地位于一起，而是可包括存储在不同位置的不同指令，这些指令在被逻辑
地结合在一起时包括模块并实现模块的所述目的。

[0074] 实际上，可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可分布在若干不同的代码段上、不同程序之间以及若干存储装置或存储器设备上。类似地，操作数据在本
文中可在模块内被识别和示出，并且能够以任何合适的形式实施并在任何合适类型的数据
结构内被组织。操作数据可作为单个数据集被收集，或者可分布在不同位置上，包括分布在
不同存储设备上，并且可至少部分地仅作为系统或网络上的电子信号存在。在模块或模块
的部分在软件中实现的情况下，软件部分存储在一个或多个物理设备上，这些物理设备在
本文中被称为计算机可读介质。

[0075] 在一些实施方案中，软件部分以非暂态状态存储，使得软件部分或其表示在同一物理位置持续一段时间。另外，在一些实施方案中，软件部分存储在一个或多个非暂态存储
设备上，这些非暂态存储设备包括能够存储非暂态状态和/或表示软件部分的信号的硬件
元件，尽管非暂态存储设备的其他部分可能能够改变和/或传输信号。非暂态存储设备的一
个示例包括只读存储器(ROM)，该只读存储器可将表示软件部分的信号和/或状态存储一段
时间。然而，存储信号和/或状态的能力不会因传输与所存储的信号和/或状态相同或表示
所存储的信号和/或状态的信号的其他功能而减弱。例如，处理器可访问ROM以获得表示所
存储的信号和/或状态的信号，以便执行对应的软件指令。

[0076] 虽然已经结合本公开的一些实施方案描述了包括优于常规方法和系统的特定优点，但是本领域普通技术人员将认识到存在其他优点。此外，除本文所述的那些系统和方法
之外的常规系统和方法的缺点和不足可通过本文所述的实施方案来改善或克服。

[0077] 虽然本文关于某些图示实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到并理解本发明不受此限制。相反，在不脱离下文所要求保护的本发明的范围及其法律等
同形式的情况下，可对图示实施方案和所述实施方案进行许多添加、删除和修改。此外，来
自一个实施方案的特性可与另一个实施方案的特性组合，同时仍被包括在发明人所设想的
本发明的范围内。

[0078] 本公开的附加非限制性实施方案包括：

[0079] 实施方案1.一种通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括：自动增益模块，所述自动增益模块被配置为通过自动调整输入信号和已调输出信号之间的增益来调节来自传输
线的所述输入信号，以在所述已调输出信号上生成预定电压振幅；扰动发生器，所述扰动发
生器被配置为生成振幅与所述预定电压振幅成比例的扰动信号；求和模块，所述求和模块
被配置为将所述扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；时钟和数据恢复模
块，所述时钟和数据恢复模块被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出至
少生成数据信号；和数据处理器，所述数据处理器被配置为分析所述数据信号的信号完整
性。

[0080] 实施方案2.根据实施方案1所述的接收器侧，所述接收器侧进一步包括决策模块，所述决策模块被配置为通过以下方式进一步分析所述数据信号：确定所述数据信号中的误
差级别；将所述误差级别与最大允许误差级别进行比较；以及在结果信号上报告所述比较
的结果。

[0081] 实施方案3.根据实施方案1和2中任一项所述的接收器侧，其中所述自动增益模块被进一步配置为用电压控制增益调整所述输入信号上的增益，以将所述已调输出信号设定
为基本上接近选择的最大电压电平。

[0082] 实施方案4.根据实施方案1至3中任一项所述的接收器侧，其中所述传输线被配置为载送电信号。

[0083] 实施方案5.根据实施方案1至4中任一项所述的接收器侧，其中所述传输线被配置为载送光信号，并且进一步包括在所述传输线和所述自动增益模块之间的光‑电转换器。

[0084] 实施方案6.根据实施方案1至5中的任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于所述时
钟和数据恢复模块的抖动传递频率。

[0085] 实施方案7.根据实施方案1至6中任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为以所述抖动传递频率的转角频率生成所述振荡信号的所述频率。

[0086] 实施方案8.根据实施方案1至7中任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成振幅基本上接近所述预定电压振幅的50％的所述扰动信号。

[0087] 实施方案9.一种通信信道的接收器侧，所述接收器侧包括：接收器，所述接收器被配置为估计输入信号的振幅并且生成振幅指示信号；扰动发生器，所述扰动发生器被配置
为生成扰动信号，所述扰动信号具有与所述输入信号的振幅成比例的振幅并且响应于所述
振幅指示信号；求和模块，所述求和模块被配置为将所述扰动信号添加至所述输入信号以
生成求和输出；时钟和数据恢复模块，所述时钟和数据恢复模块被配置为对所述求和输出
进行采样并从所采样的求和输出至少生成数据信号；和数据处理器，所述数据处理器被配
置为分析所述数据信号的信号完整性。

[0088] 实施方案10.根据实施方案9所述的接收器侧，其中所述数据处理器被进一步配置为响应于所述振幅指示信号来确定与所述输入信号的所述振幅成比例的所述振幅。

[0089] 实施方案11.根据实施方案9和10中任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为响应于所述振幅指示信号来确定与所述输入信号的所述振幅成比例的所
述振幅。

[0090] 实施方案12.根据实施方案9至11中的任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的频率显著高于所述
时钟和数据恢复模块的抖动传递频率。

[0091] 实施方案13.根据实施方案9至12中任一项所述的接收器侧，其中所述扰动发生器被进一步配置为以所述抖动传递频率的转角频率生成所述振荡信号的所述频率。

[0092] 实施方案14.一种诊断通信信道的信号完整性的方法，所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；对所述输入信号执行自动增益功能以生成具有预定电压振幅
的已调输出信号；将扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；将所述求和输出
数字化；以及分析所述数字化求和输出以确定误差级别。

[0093] 实施方案15.根据实施方案14所述的方法，所述方法进一步包括：将所述误差级别与最大允许误差级别进行比较；以及在结果信号上报告所述比较的结果。

[0094] 实施方案16.根据实施方案14和15中任一项所述的方法，所述方法进一步包括用电压控制增益调整所述自动增益功能的所述增益，以将所述已调输出信号设定为基本上接
近选择的最大电压电平。

[0095] 实施方案17.根据实施方案14至16中任一项所述的方法，其中：将所述求和输出数字化进一步包括从所述求和输出恢复时钟信号和数据信号；并且分析经数字化的求和输出
包括分析所述数据信号；并且所述方法进一步包括生成作为振荡信号的所述扰动信号，所
述振荡信号的频率显著高于来自恢复所述时钟信号和所述数据信号的过程的抖动传递频
率。

[0096] 实施方案18.根据实施方案14至17中任一项所述的方法，其中所述振荡信号的所述频率包括所述抖动传递频率的转角频率。

[0097] 实施方案19.根据实施方案14至18中任一项所述的方法，其中生成所述扰动信号会生成基本上接近所述预定电压振幅的一半的所述扰动信号的振幅。

[0098] 实施方案20.一种诊断通信信道的信号完整性的方法，所述方法包括：从所述通信信道的传输线接收输入信号；对所述输入信号执行自动增益功能以生成具有预定电压振幅
的已调输出信号；执行过程的两个或更多个回路，每个回路包括：将扰动信号添加至所述已
调输出信号以生成求和输出；将所述求和输出数字化；分析经数字化的求和输出以确定所
述通信信道中用于当前回路的可用裕度；以及调整所述扰动信号的振幅；以及响应于来自
所述两个或更多个回路中的至少两个回路的所述可用裕度而生成指示最终可用裕度的结
果信号。

[0099] 实施方案21.根据实施方案20所述的方法，其中：将所述求和输出数字化进一步包括从所述求和输出恢复时钟信号和数据信号；并且分析经数字化的求和输出包括分析所述
数据信号；并且所述方法进一步包括生成作为振荡信号的所述扰动信号，所述振荡信号的
频率显著高于来自恢复所述时钟信号和所述数据信号的所述过程的抖动传递频率。

[0100] 实施方案22.根据实施方案20和21中任一项所述的方法，其中所述振荡信号的所述频率包括所述抖动传递频率的转角频率。

[0101] 实施方案23.根据实施方案20至23中任一项所述的方法，其中生成所述扰动信号会生成基本上接近所述预定电压振幅的一半的所述扰动信号的振幅。

[0102] 实施方案24.一种通信系统，所述通信系统包括：传输侧，所述传输侧包括数据源；传输线，所述传输线被配置用于输送来自所述数据源的信号；和接收侧，所述接收侧被配置
用于接收来自所述传输线的所述信号作为输入信号，并且包括：自动增益模块，所述自动增
益模块被配置为通过自动调整来自所述传输线的所述输入信号和已调输出信号之间的增
益来调节所述输入信号，以在所述已调输出信号上生成预定电压振幅；扰动发生器，所述扰
动发生器被配置为生成振幅与所述预定电压振幅成比例的扰动信号；求和模块，所述求和
模块被配置为将所述扰动信号添加至所述已调输出信号以生成求和输出；时钟和数据恢复
模块，所述时钟和数据恢复模块被配置为对所述求和输出进行采样并从所采样的求和输出
至少生成数据信号；和数据处理器，所述数据处理器被配置为执行所述数据信号的信号完
整性分析。

[0103] 实施方案25.根据实施方案24所述的通信系统，其中：所述数据源被配置为传输用于所述信号完整性分析的时间段的指示；并且所述数据处理器被进一步配置为使得所述扰
动发生器能够响应于用于所述信号完整性分析的所述时间段的所述指示而生成所述扰动
信号。

[0104] 实施方案26.根据实施方案24和25中任一项所述的通信系统，其中所述传输线被配置为载送电信号。

[0105] 实施方案27.根据实施方案24至26中任一项所述的通信系统，所述通信系统进一步包括：电‑光转换器，所述电‑光转换器位于所述数据源和所述传输线之间；和光‑电转换
器，所述光电转换器位于所述传输线和所述自动增益模块之间；并且其中所述传输线是光
纤。

[0106] 实施方案28.根据实施方案24至27中任一项所述的通信系统，所述通信系统被配置为汽车高速数字通信信道的一部分。

[0107] 实施方案29.根据实施方案24至28中任一项所述的通信系统，所述通信系统被配置为嵌入式系统的一部分。

[0108] 实施方案30.根据实施方案24至29中任一项所述的通信系统，所述通信系统被配置为图像捕获系统的一部分。